DE19706495A1

DE19706495A1 - Semiconductor device production using etch-resist pattern

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Publication number: DE19706495A1
Application number: DE19706495A
Authority: DE
Inventors: Takeo Ishibashi; Ayumi Minamide; Toshiyuki Toyoshima; Keiichi Katayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: DE19706495B4

Abstract

Semiconductor device production comprises: (a) forming a pattern of a first acid-forming resist (1) on a semiconductor device layer; (b) covering the first resist with a layer of a second resist which undergoes a cross-linking reaction in the presence of an acid; (c) forming a cross-linked layer (4) in the second resist sections contacting the first resist; (d) forming a resist pattern by removing the second resist portions which are not cross-linked; and (e) etching the semiconductor device layer through the resist pattern mask. Also claimed is a semiconductor device produced by the above process.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung fein getrennter Resistmuster, d. h. von sehr feingemusterten Re sistmustern, und auf eine Halbleitervorrichtung, die entspre chend des Verfahrens hergestellt ist.The present invention relates to a method for Manufacture of a semiconductor device using fine separate resist pattern, d. H. from very finely patterned Re sistpattern, and on a semiconductor device that corresponds is produced according to the method.

Genauer gesagt bezieht sie sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster, bei dem eine Tren nungsgröße oder eine Öffnungsgröße in dem Muster reduziert wird, wenn das Resistmuster in einem Halbleiterherstellungsver fahren ausgebildet wird.More specifically, the invention relates to a method to form finely separated resist patterns in which a door size or an opening size in the pattern is reduced when the resist pattern in a semiconductor manufacturing process driving is trained.

Der hohe Grad der Integration von Halbleitervorrichtungen wird begleitet von sehr feinen Zwischenverbindungen, Verdrahtungen und Trennungsbreiten, die in den Herstellungsverfahrensabläufen benötigt werden. Feine Muster werden typischerweise durch Aus bildung eines Resistmusters mit einer Photolithographietechnik und dem Ätzen verschiedener Typen von darunterliegenden dünnen Schichten über ein Resistmuster, das als eine Maske verwendet wird, ausgebildet. The high degree of integration of semiconductor devices will accompanied by very fine interconnections, wiring and separation widths that occur in the manufacturing process are needed. Fine patterns are typically characterized by off Forming a resist pattern using a photolithography technique and etching various types of underlying thin ones Layers over a resist pattern used as a mask is trained.

In diesem Sinn ist die Photolithographietechnik sehr wichtig als ein Startpunkt für die feinen Verfahrensabläufe. Die Photo lithographietechnik beinhaltet eine Beschichtung mit einem Re sist, eine Maskenausrichtung, eine Belichtung mit Licht und ei ne Entwicklung. Diese Technik begrenzt die Feinheit aufgrund einer Beschränkung, die durch die Wellenlänge des Belichtungs lichts auferlegt wird.In this sense, photolithography technology is very important as a starting point for the fine procedures. The photo lithography technology includes a coating with a Re sist, mask alignment, exposure to light and egg ne development. This technique limits the delicacy due to a limitation imposed by the wavelength of the exposure light is imposed.

Wie oben beschrieben worden ist, ist es schwierig, wenn die herkömmliche Photolithographietechnik verwendet wird, ein fei nes Resistmuster auszubilden, das die Grenzen der Wellenlänge überschreitet.As has been described above, it is difficult if the conventional photolithography technology is used, a fei nes resist pattern that the limits of the wavelength exceeds.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das eine Technik zum Reduzieren fein getrennter Resistmuster verwendet, und eine Halbleitervorrichtung, die entsprechend des Verfahrens herge stellt ist, anzugeben.It is an object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device using a technique used to reduce finely separated resist patterns, and a Semiconductor device manufactured according to the method is to specify.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 15.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 15.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.Developments of the invention are set out in the dependent claims give.

Insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung eines fein ge trennten Resistmusters mit reduzierten Abmessungen bereitge stellt, das es ermöglicht, ein Muster auszubilden, daß die Grenzen der Wellenlänge überschreitet.In particular, a method for producing a fine ge separated resist pattern with reduced dimensions that allows to form a pattern that the Wavelength limits exceeded.

Entsprechend eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ein Muster aus einem ersten Resist, der zum Erzeugen einer Säure in der Lage ist, auf einer Halbleitervorrichtungsschicht ausgebil det. Über dem ersten Resist wird eine Schicht aus einem zweiten Resist ausgebildet, der in der Lage ist, in der Anwesenheit ei ner Säure einer Vernetzungsreaktion zu unterliegen. Eine ver netzte Schicht wird in Abschnitten des zweiten Resists ausge bildet, die in Kontakt mit dem ersten Resist sind. Die vernetz te Schicht wird durch die Wirkung einer Säure aus dem ersten Resist ausgebildet. Nicht vernetzte Abschnitte des zweiten Re sists werden zur Ausbildung eines Resistmusters entfernt. Dann wird die Halbleitervorrichtungsschicht über eine Maske aus dem Resistmuster geätzt.According to one aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device Pattern from a first resist used to generate an acid in is capable of being formed on a semiconductor device layer det. A layer of a second is formed over the first resist Resist formed, which is able to ei in the presence ner acid to undergo a crosslinking reaction. A ver the net layer is formed in sections of the second resist forms that are in contact with the first resist. The network th layer is formed by the action of an acid from the first Resist trained. Non-networked sections of the second Re Sists are removed to form a resist pattern. Then the semiconductor device layer is masked from the Resist pattern etched.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei dem Verfahren zur Ausbildung einer Halbleitervorrichtung das Muster aus dem ersten Resist und die Schicht aus dem zweiten Resist zur Ausbildung der vernetzten Schicht erwärmt.In another aspect of the present invention, in the method of forming a semiconductor device Pattern from the first resist and the layer from the second Resist heated to form the cross-linked layer.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Mu ster aus dem ersten Resist aus einem Resist ausgebildet, der zum Erzeugen einer Säure bei Belichtung mit Licht in der Lage ist.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device the Mu ster from the first resist formed from a resist that capable of generating an acid upon exposure to light is.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Muster aus dem ersten Resist selektiv mit Licht nur in einem vorbestimmten Bereich belichtet.In another aspect of the present invention the method of manufacturing a semiconductor device Patterns from the first resist selectively with light in only one predetermined area exposed.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Mu ster aus dem ersten Resist aus einem Resist ausgebildet, der in sich eine Säure enthält.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device the Mu ster from the first resist formed from a resist which in contains an acid.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Mu ster aus dem ersten Resist aus einem Resist ausgebildet, der mit einer sauren bzw. säurehaltigen Flüssigkeit oberflächenbe handelt wird.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device the Mu ster from the first resist formed from a resist that surface with an acidic or acidic liquid will act.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Mu ster aus dem ersten Resist aus einer Mischung ausgebildet, die ein Harz auf Novolakbasis und ein photoempfindliches Naphthochinondiazidmittel bzw. -agens enthält.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device the Mu ster from the first resist formed from a mixture that a novolak-based resin and a photosensitive Contains naphthoquinonediazide agents or agents.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Muster aus dem ersten Resist weiter ein Chlormethyltriazin als einen Säuregenerator auf.In another aspect of the present invention the method of manufacturing a semiconductor device Pattern from the first resist is considered a chloromethyltriazine an acid generator.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Mu ster aus dem ersten Resist aus einer Mischung ausgebildet, die ein Polyhydroxystyrolderivat und ein Oniumsalz, das als ein photounterstützter Säuregenerator dient, enthält.In another aspect of the present invention, the Mu ster from the first resist formed from a mixture that a polyhydroxystyrene derivative and an onium salt acting as a serves photo-supported acid generator, contains.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung die Schicht aus dem zweiten Resist aus einem Resist ausgebildet, der ein vernetzendes Agens aufweist, das in der Anwesenheit ei ner Säure in der Lage ist, einer Vernetzungsreaktion zu unter liegen bzw. einer solchen unterliegt.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device Layer formed from the second resist from a resist, which has a crosslinking agent that is present in the presence of ner acid is able to undergo a crosslinking reaction lie or is subject to such.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung die Schicht aus dem zweiten Resist aus einem Material ausgebildet, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyvinylacetal, eine Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff (Methoxyhydroxymethylharnstoff), eine Mischung aus Polyvinyl acetal und Methoxymethylolmelamin (Methoxyhydroxymethylmelamin) und eine Mischung aus Methoxymethylolmelamin und Polyallylamin enthält. In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device Layer formed from the second resist from a material, which is selected from a group called polyvinyl acetal, a Mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylol urea (Methoxyhydroxymethyl urea), a mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylolmelamine (methoxyhydroxymethylmelamine) and a mixture of methoxymethylolmelamine and polyallylamine contains.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ein Lö sungsmittel für den zweiten Resist aus reinem Wasser oder einer Mischung aus reinem Wasser und einem Alkohol ausgewählt. Das Lösungsmittel ist in der Lage, ein Basispolymer und eine ver netzbare Verbindung zu lösen, es ist nicht in der Lage, den er sten Resist zu lösen, und es weist einen hohen Löslichkeitspa rameter auf. Ein flüssiger Entwickler für den zweiten Resist ist aus purem Wasser oder einer alkalischen wäßrigen Lösung ausgewählt.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device a solder for the second resist from pure water or a Mixture of pure water and an alcohol selected. The Solvent is able to form a base polymer and a ver to disconnect networkable connection, it is unable to he most resist, and it has a high solubility rating parameters. A liquid developer for the second resist is made of pure water or an alkaline aqueous solution selected.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ein Lösungsmittel und ein flüssiger Entwickler für den zweiten Re sist aus einem organischen Lösungsmittel, das zum Lösen des Ba sispolymers und der vernetzbaren Verbindung in der Lage ist, das nicht zum Lösen des ersten Resists in der Lage ist, und die einen niedrigen Löslichkeitsparameter aufweisen, ausgewählt.Another aspect of the present invention includes the method of manufacturing a semiconductor device Solvent and a liquid developer for the second re is made of an organic solvent that is used to dissolve the Ba sispolymers and the crosslinkable compound is able that is unable to release the first resist, and the have a low solubility parameter.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung der erste Resist aus Resists negativen Typs ausgewählt, die aus einer Mi schung aus einer vernetzbaren Verbindung, einem Säuregenerator bzw. Säureerzeuger und einem Basispolymer bestehen.In another aspect of the present invention, the Method of manufacturing a semiconductor device the first Resist selected from resists of negative type, which from a Mi creation of a cross-linkable compound, an acid generator or acid generator and a base polymer.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further features and advantages of the invention result itself from the following description of exemplary embodiments based on the figures. From the figures show:

Fig. 1(a) ein Maskenmuster für Löcher zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster entsprechend Ausführungsformen der Erfindung; Fig. 1 (a), a mask pattern for holes for forming separate fine resist pattern according to the invention embodiments;

Fig. 1(b) ein Maskenmuster für Zwischenräume zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster entsprechend Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung; Fig. 1 (b) shows a mask pattern for spaces to form finely separated resist patterns according to embodiments of the vorlie invention;

Fig. 2(a) bis 2(f) einen Verfahrensablauf für ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Re sistmusters entsprechend einer ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 (a) to 2 (f) a process flow for a process for producing a finely divided Re sistmusters according to a first imple mentation of the present invention;

Fig. 3(a) bis 3(e) einen Verfahrensablauf für ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Re sistmusters entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung; und Fig. 3 (a) to 3 (e) sistmusters according dung a process flow for a process for producing a finely divided Re to a second embodiment of the present OF INVENTION; and

Fig. 4(a) bis 4(g) einen Verfahrensablauf für ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Re sistmusters entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Fig. 4 (a) to 4 (g) dung a process flow for a process for producing a finely divided Re sistmusters according to a third embodiment of the present OF INVENTION.

Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die gleichen Bezugs zeichen identische oder entsprechende Teile durchgehend in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, werden eine erste bis drit te Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.Referring to the figures in which the same reference characters identical or corresponding parts throughout in the denoting different views, first to third te embodiment of the present invention described.

First embodiment

Fig. 1(a) und 1(b) zeigen Maskenmuster, die zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster, auf die die Erfindung gerichtet ist, verwendet werden. Genauer gesagt zeigt Fig. 1(a) ein Mas kenmuster 100 für feine Löcher, d. h. für Löcher mit kleinem Durchmesser, und Fig. 1(b) zeigt ein Maskenmuster 200 für feine Zwischenräume, d. h. kleine Abstände. Die Fig. 2(a) bis 2(f) zeigen Darstellungen eines Verfahrensablaufs zur Illustration eines Verfahrens zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmu sters entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1(a) und 1(b) sowie die Fig. 2(a) bis 2(f) werden das Verfahren zur Ausbildung ei nes fein getrennten Resistmusters und ein Verfahren zur Her stellung einer Halbleitervorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Figures 1 (a) and 1 (b) show mask patterns used to form finely separated resist patterns to which the invention is directed. More specifically, Fig. 1 (a) shows a mask pattern 100 for fine holes, that is, for small diameter holes, and Fig. 1 (b) shows a mask pattern 200 for fine spaces, that is, small spaces. The Fig. 2 (a) to 2 (f) are diagrams illustrating a process flow illustrating a method for forming a finely divided Resistmu sters according to the first embodiment of the present invention. Referring to Figs. 1 (a) and 1 (b) and Figs. 2 (a) to 2 (f), the method for forming a finely separated resist pattern and a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

Am Anfang wird, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, ein erster Photo resist 1, der zum Erzeugen einer Säure aus dem Inneren dessel ben durch Belichtung mit Licht in der Lage ist, auf ein Halb leitersubstrat 3 (zum Beispiel in einer Dicke von ungefähr 0,70 µm) beschichtet. Der erste Photoresist 1 wird vorgebacken (durch eine thermische Behandlung bei 70 bis 100°C für ungefähr eine Minute), gefolgt durch eine Belichtung mit Licht durch ei ne Maske, die ein Muster aufweist, wie es in den Fig. 1(a) oder 1(b) gezeigt ist, unter Verwendung eines g-Strahls oder i-Strahls von einer Quecksilberlampe (z. B. für eine Belichtungs zeit, die ungefähr 200 mJ/cm² entspricht). Falls es benötigt wird, wird der belichtete Photoresist einer thermischen Behand lung durch ein Nachbelichtungsbacken (PEB = Post Exposure Ba king) (zum Beispiel bei einer PEB-Temperatur von 100 bis 130°C) unterworfen, wodurch die Auflösung des Photoresists verbessert wird. Dies wird gefolgt durch eine Entwicklung mit einer ver dünnten wäßrigen Lösung von ungefähr 2 Gewichts% TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). Fig. 2 (b) zeigt das ausgebildete Muster des Resists 1.Initially, as shown in Fig. 2 (a), a first photo resist 1 capable of generating an acid from the inside thereof by exposure to light is placed on a semiconductor substrate 3 (for example, in a Thickness of about 0.70 µm) coated. The first photoresist 1 is prebaked (by thermal treatment at 70 to 100 ° C for about one minute), followed by exposure to light through a mask having a pattern as shown in Fig. 1 (a) or 1 (b) is shown using a g-beam or i-beam from a mercury lamp (e.g. for an exposure time corresponding to approximately 200 mJ / cm²). If required, the exposed photoresist is subjected to a thermal treatment by post-exposure baking (PEB = Post Exposure Baking) (for example at a PEB temperature of 100 to 130 ° C.), which improves the resolution of the photoresist. This is followed by development with a dilute aqueous solution of approximately 2% by weight TMAH (tetramethylammonium hydroxide). Fig. 2 (b) shows the formed pattern of the resist. 1

Falls es notwendig ist, kann ein Nachentwicklungsbacken durch geführt werden (z. B. bei einer Nachbacktemperatur von ungefähr 110°C). Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgen de Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur ein gestellt werden. Der obige Ablauf ist vergleichbar zu der Aus bildung eines Resistmusters entsprechend eines bekannten Re sistsverfahrens, ausgenommen, daß der Resist 1, der zur Erzeu gung einer Säure in der Lage ist, verwendet wird.If necessary, post-development baking can be carried out (e.g. at a post-baking temperature of approximately 110 ° C). This thermal treatment affects a subsequent mixing reaction and should be set to a suitable temperature. The above procedure is comparable to the formation of a resist pattern according to a known resist method, except that the resist 1 which is capable of generating an acid is used.

Nach der Ausbildung des Musters, das in Fig. 2(b) gezeigt ist, wird ein zweiter Resist 2, der eine vernetzbare Verbindung ent hält, die zum Vernetzen in der Anwesenheit einer Säure in der Lage und in einem Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists in der Lage ist, gelöst ist, über dem Halbleiter substrat 3 ausgebildet, wie es in Fig. 2(c) gezeigt ist.After the formation of the pattern shown in Fig. 2 (b), a second resist 2 , which contains a crosslinkable compound, is capable of crosslinking in the presence of an acid and in a solvent which is not capable of dissolution of the first resist is able to solve, formed over the semiconductor substrate 3 , as shown in Fig. 2 (c).

Es ist wichtig, zu bemerken, daß die Lösungsmittel für den zweiten Resist nicht erlauben, daß das Muster des ersten Re sists darin gelöst wird. Für die Ausbildung des zweiten Resists werden Wasser (reines Wasser) oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser (reines Wasser) und Alkohol (wie zum Beispiel Iso propylalkohol (IPA)) verwendet.It is important to note that the solvents for the second resist does not allow the pattern of the first re sists is solved in it. For the formation of the second resist become water (pure water) or a mixed solvent from water (pure water) and alcohol (such as Iso propyl alcohol (IPA)) is used.

Für den zweiten Resist kann ein wasserlösliches Polyvinylacetal verwendet werden. Alternativ können Mischungen aus Polyvinyl acetal und Methoxymethylolharnstoff, Mischungen aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin und/oder Mischungen aus Methoxymethylolmelamin und Polyallylamin ebenfalls verwen det werden. Die Mischungen bestehen aus Resistmaterialien und vernetzbaren Verbindungen oder vernetzenden Mitteln (vernetzende Agens).A water-soluble polyvinyl acetal can be used for the second resist be used. Alternatively, blends of polyvinyl acetal and methoxymethylol urea, mixtures of Polyvinyl acetal and methoxymethylol melamine and / or mixtures from methoxymethylolmelamine and polyallylamine can also be used be det. The mixtures consist of resist materials and crosslinkable compounds or crosslinking agents (cross-linking agent).

Falls es notwendig ist, können des weiteren Acrylpolymere, Po lyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol und ähnliches zu den obigen Bestandteilen als ein Basispolymer hinzugefügt werden.If necessary, acrylic polymers, Po lyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and the like to the above Components are added as a base polymer.

Der beschichtete bzw. aufgebrachte zweite Resist 2 kann vorge backen werden, falls es notwendig ist (z. B. bei ungefähr 85°C). Diese thermische Behandlung beeinflußt einen nachfolgende Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur einge stellt werden.The coated or applied second resist 2 can be pre-baked if necessary (e.g. at about 85 ° C). This thermal treatment affects a subsequent mixing reaction and should be set to a suitable temperature.

Als nächstes wird, wie in Fig. 2(d) gezeigt ist, die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 3 mit einem g-Strahl oder einem i-Strahl aus einer Quecksilberlampe (z. B. mit einer Be lichtungszeit, die ungefähr 200 bis 1000 mJ/cm² entspricht) be lichtet, wodurch verursacht wird, daß eine Säure in dem ersten Resist 1 erzeugt wird. Entsprechend dieser Ausführungsform wird das Substrat 3 nach dem Beschichten mit dem zweiten Resist 2 belichtet, um zu verursachen, daß die Säure in dem ersten Re sist 1 erzeugt wird.Next, as shown in Fig. 2 (d), the entire surface of the semiconductor substrate 3 is g-rayed or i-rayed from a mercury lamp (e.g., with an exposure time that is approximately 200 to 1000 mJ / cm²) be exposed, causing an acid to be generated in the first resist 1 . According to this embodiment, the substrate 3 is exposed after the coating with the second resist 2 to cause the acid to be generated in the first resist 1 .

Es sollte bemerkt werden, daß neben der Gesamtbelichtung des Halbleitersubstrates 3 die Belichtung unter Verwendung einer Belichtungsmaske bewirkt werden kann. Die Belichtungsmaske er laubt eine selektive Belichtung allein der benötigten Abschnit te in einer solchen Art und Weise, daß der zweite Resist in Flächen bzw. Bereiche, die an der Grenzfläche mit dem ersten Resistmuster 1 vernetzt sind, und in Flächen bzw. Bereiche, die nicht vernetzt sind, unterteilt wird.It should be noted that besides the total exposure of the semiconductor substrate 3, the exposure can be effected using an exposure mask. The exposure mask allows selective exposure of only the required sections in such a way that the second resist in areas or areas that are cross-linked at the interface with the first resist pattern 1 and in areas or areas that are not are networked, is divided.

Als nächstes wird, wie in Fig. 2(e) gezeigt ist, das Halblei tersubstrat 3 thermisch behandelt (bei 60 bis 130°C), wodurch es ermöglicht wird, daß eine Säure von jedem Abschnitt des er sten Resists 1 in Richtung des zweiten Resists 2 diffundiert. Dieses verursacht, daß die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist 2 an den Grenzflächen bzw. Verbindungen mit dem ersten Resist 1 auftritt (z. B. Mischungsbacktemperatur/Zeit = 60 bis 130°C/90 Sekunden). Durch die Wirkung dieser Maßnahme wird eine Vernetzungsschicht 4 durch die Vernetzungsreaktion in dem zwei ten Resist 2 zum Bedecken der Abschnitte des ersten Resists 1 ausgebildet. Next, as shown in Fig. 2 (e), the semiconductor substrate 3 is thermally treated (at 60 to 130 ° C), thereby allowing an acid from each portion of the first resist 1 toward the second Resists 2 diffused. This causes the crosslinking reaction in the second resist 2 to occur at the interfaces or connections with the first resist 1 (e.g. mixture baking temperature / time = 60 to 130 ° C./90 seconds). Due to the effect of this measure, a crosslinking layer 4 is formed by the crosslinking reaction in the second resist 2 to cover the sections of the first resist 1 .

Als nächstes wird, wie in Fig. 2(f) gezeigt ist, der zweite Re sist 2 durch Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler wie Wasser oder einer Lösung von TMAH in den Flächen bzw. Berei chen, die nicht vernetzt sind, entfernt. Durch die obige Be handlung wird es möglich, ein Resistmuster zu erhalten, das be züglich des Lochdurchmessers oder der Trennungsbreite reduziert ist. Genauer gesagt, wenn eine Trennungsbreite in dem Muster des ersten Resists gleich 0,4 µm ist, wird der zweite Resist mit einer Dicke von 400 nm (4000 Å) beschichtet und die Vernet zungsschicht (Mischschicht) wird mit einer Dicke von 0,1 µm ausgebildet. Das resultierende Resistmuster weist, nach der Ab trennung der nicht vernetzten Bereiche des zweiten Resists, ei ne Trennungsweite von 0,3 µm auf.Next, as shown in Fig. 2 (f), the second resist 2 is removed by development with a liquid developer such as water or a solution of TMAH in the areas which are not cross-linked. By the above treatment, it becomes possible to obtain a resist pattern that is reduced with respect to the hole diameter or the separation width. More specifically, when a separation width in the pattern of the first resist is 0.4 µm, the second resist is coated with a thickness of 400 nm (4000 Å) and the crosslinking layer (mixed layer) is made with a thickness of 0.1 µm educated. The resulting resist pattern, after separation of the non-crosslinked areas of the second resist, has a separation width of 0.3 μm.

Bei dem Herstellungsverfahren, das unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(f) beschrieben wurde, ist die Erzeugung einer Säure aus dem ersten Resist 1 durch Belichtung mit Licht be schrieben worden. Die Erfinder haben herausgefunden, daß, wenn Polyvinylacetal als der zweite Resist 2 verwendet wird, und wenn die Muster bei einer geeigneten Temperatur (d. h. Backtem peratur) von zum Beispiel 150°C behandelt werden, die Grenzflä chen mit dem ersten Resistmuster ohne Belichtung mit Licht für die Säureerzeugung vernetzt werden. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, daß Wasser (reines Wasser) als das Lösungsmittel verwendet wird.In the manufacturing method described with reference to Figs. 2 (a) to 2 (f), the generation of an acid from the first resist 1 by exposure to light has been described. The inventors have found that when polyvinyl acetal is used as the second resist 2 and when the patterns are treated at a suitable temperature (ie baking temperature) of, for example, 150 ° C, the interfaces with the first resist pattern are exposed to light be cross-linked for acid production. In this case, it is preferable that water (pure water) is used as the solvent.

In Fig. 2(a) bis 2(f) ist das Muster der fein getrennten Resistabschnitte so dargestellt, daß es auf dem Halbleiter substrat 3 ausgebildet ist. Es ist überflüssig zu sagen, daß das Muster auf einer Isolierschicht wie einer Siliziumoxid schicht oder einer leitenden Schicht wie einer Polysilizium schicht, abhängig von dem Herstellungsverfahren einer Halblei tervorrichtung, ausgebildet werden kann. Kurz gesagt, das Mu ster kann auf irgendeinem anderen Typ von Substrat ausgebildet werden, je nachdem wie es benötigt wird. Das fein getrennte Re sistmuster, das ausgebildet worden ist, wird als eine Maske zum Atzen verschiedener Typen von darunterliegenden dünnen Schich ten verwendet, wodurch feine Abstände in der darunterliegenden dünnen Schicht oder feine Löcher ausgebildet werden, um eine entsprechende Halbleitervorrichtung zu erhalten.In Fig. 2 (a) to 2 (f) the pattern of the finely separated resist sections is shown so that it is formed on the semiconductor substrate 3 . Needless to say, the pattern can be formed on an insulating layer such as a silicon oxide layer or a conductive layer such as a polysilicon, depending on the manufacturing method of a semiconductor device. In short, the pattern can be formed on any other type of substrate, as needed. The finely separated resist pattern that has been formed is used as a mask for etching various types of underlying thin layers, thereby forming fine spaces or holes in the underlying thin layer to obtain a corresponding semiconductor device.

Derart wird, entsprechend der Ausführungsform der Erfindung, der erste Resist 1 so mit Licht belichtet, wie er mit dem zwei ten Resist 2 bedeckt ist, so daß die Menge der in dem ersten Resist 1 erzeugten Säure genau durch Steuern der Belichtung ge steuert werden kann. Derart kann die Dicke der Reaktionsschicht (Vernetzungsschicht) 4 genau gesteuert werden. Die Dicke der vernetzten Schicht kann wie gewünscht durch Einstellen einer Erwärmungs- und Vernetzungszeit (Mischungsbackzeit) gesteuert werden.Thus, according to the embodiment of the invention, the first resist 1 is exposed to light as it is covered with the second resist 2 , so that the amount of acid generated in the first resist 1 can be precisely controlled by controlling the exposure . In this way, the thickness of the reaction layer (crosslinking layer) 4 can be precisely controlled. The thickness of the crosslinked layer can be controlled as desired by setting a heating and crosslinking time (mix baking time).

Darüber hinaus wird es, falls eine geeignete Belichtungsmaske zum selektiven Belichten des Halbleitersubstrats zur Untertei lung in belichtete Flächen bzw. Bereiche verwendet wird, mög lich, Flächen bzw. Bereiche auszubilden, in denen das zweite Resistmuster an den Grenzflächenabschnitten mit dem ersten Re sistmuster vernetzt ist. Vergleichbar wird es, falls eine ge eignete Belichtungsmaske zum selektiven Belichten des Halblei tersubstrates zum Unterteilen in nicht belichtete Flächen bzw. Bereiche verwendet wird, möglich, Flächen bzw. Bereiche aus zu bilden, in denen keine Vernetzung stattfindet. Dieses erlaubt es, feine Löcher (Löcher mit kleinem Durchmesser) oder feine bzw. kleine Zwischenräume unterschiedlicher Größe bei demselben Halbleitersubstrat auszubilden.In addition, if there is a suitable exposure mask for selective exposure of the semiconductor substrate to the sub-part used in exposed areas or areas, possible Lich to form areas or areas in which the second Resist patterns at the interface sections with the first Re sistmuster is networked. It becomes comparable if a ge suitable exposure mask for selective exposure of the semi-lead substrates for subdivision into unexposed areas or Areas are used, possible to make faces or areas from form in which there is no networking. This allows it, fine holes (small diameter holes) or fine or small gaps of different sizes in the same Form semiconductor substrate.

In der Praxis der Erfindung ist das Lösungsmittel für den zwei ten Resist 2 ein solches, das nicht in der Lage ist, den ersten Resist 1 zu lösen. Dieses erleichtert es, daß die Säure, die in dem nachfolgenden Schritt erzeugt wird, leicht diffundiert. In the practice of the invention, the solvent for the two resist 2 is one that is unable to dissolve the first resist 1 . This makes it easier for the acid generated in the subsequent step to diffuse easily.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist es zu bevorzu gen, daß ein Harz auf Novolakbasis als ein Basismaterial ver wendet wird, und photoempfindliche Naphthochinondiazid-Mittel bzw. -Agens werden als ein Säureerzeuger verwendet, um einen Resist positiven Typs aus einer Mischung derselben auszubilden. Es ist zu bemerken, daß photoempfindliche Naphthochinondiazid-Agens gewöhnlich für die Herstellung von Halbleitervorrichtun gen zur Erzeugung von Indenkarbonsäuren bei Belichtung mit Licht verwendet werden. Spezifische Beispiele von solchen Agens enthalten Ester von 1,2-Naphthochinondiazid-5-Sulfonsäure und Hydroxyverbindungen. Ester von 1,2-Naphthochinondiazid-4-Sul fonsäure und Hydroxyverbindungen, die zum Liefern von Sul fonsäure bei Belichtung mit Licht in der Lage sind, können ver wendet werden.In the first embodiment of the invention, it is preferable conditions that a novolak-based resin ver as a base material and photosensitive naphthoquinonediazide agents or -Agens are used as an acid generator to a Form positive type resist from a mixture thereof. Note that naphthoquinonediazide photosensitive agents usually for the manufacture of semiconductor devices gene for the generation of indene carboxylic acids upon exposure to Light can be used. Specific examples of such agents contain esters of 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid and Hydroxy compounds. Esters of 1,2-naphthoquinonediazide-4-sul fonic acid and hydroxy compounds used to supply Sul fonic acid when exposed to light are able to ver be applied.

Es ist außerdem zu bevorzugen, Resists positiven Typs zu ver wenden, die aus Mischungen von photoempfindlichen Novolak/Naphtho chinondiazid-Agens, denen Triazinsäureerzeuger hinzuge fügt sind, hergestellt sind, als den ersten Resist zu verwen den. Beispiele des Triazinsäureerzeugers enthalten Trichlorme thyltriazin.It is also preferable to use positive type resists turn that from mixtures of photosensitive novolak / naphtho quinonediazide agents to which triazinic acid generators are added are used as the first resist the. Examples of the triazinic acid generator contain trichlorme thyltriazine.

Darüber hinaus kann ein anderer Typ von positivem Resist bevor zugterweise als der erste Resist verwendet werden. Ein solcher positiver Resist ist aus einer Mischung aus einem Polyhydroxy styrolderivat als ein Basismaterial und einem Oniumsalz, das als ein photounterstützter Säureerzeuger dient, ausgebildet. Beispiele der Polyhydroxystyrolderivate enthalten Ester von Po lyhydroxystyrol und tert-Butoxykarbonsäure.In addition, another type of positive resist may occur preferably used as the first resist. Such a positive resist is made from a mixture of a polyhydroxy styrene derivative as a base material and an onium salt, the serves as a photo-assisted acid generator. Examples of the polyhydroxystyrene derivatives contain esters of Po lyhydroxystyrene and tert-butoxy carboxylic acid.

Die Lösungsmittel (oder Lösungen) für den zweiten Resist, der in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, sollten bevorzugterweise pures Wasser oder gemischte Lösungen aus purem Wasser und Alkohol sein. Die Lösungsmittel sollten in der Lage sein, eine Mischung eines Basispolymers und einer ver netzbaren Verbindung zu lösen, nicht in der Lage sein, den er sten Resist zu lösen, und einen hohen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen. Im letzteren Fall enthalten gemischte Lösungs mittel bevorzugterweise Alkohol wie Isopropylalkohol (IPA), Ethylalkohol (EtOH) und ähnliches in Mengen, die nicht größer als 10%, basierend auf Wasser, sind. Da der erste Resist einen moderaten bzw. mäßigen Löslichkeitsparameter (SP) aufweist, werden bevorzugterweise solche Lösungsmittel verwendet, die ei nen hohen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen. Bevorzugter Al kohol enthält Isopropylalkohol.The solvents (or solutions) for the second resist, the is used in the first embodiment of the invention, should preferably be pure water or mixed solutions be made of pure water and alcohol. The solvents should be in be able to blend a base polymer and a ver to disconnect networkable connection, he will not be able to most resist, and a high solubility parameter (SP). In the latter case contain mixed solutions medium preferably alcohol such as isopropyl alcohol (IPA), Ethyl alcohol (EtOH) and the like in quantities that are not larger than 10% based on water. Since the first resist one has moderate or moderate solubility parameters (SP), such solvents are preferably used, the egg have a high solubility parameter (SP). Preferred Al alcohol contains isopropyl alcohol.

Alternativ können als Lösungsmittel für den zweiten Resist be vorzugterweise organische Lösungsmittel verwendet werden, die in der Lage sind, Mischungen von Basispolymeren und vernetzba ren Verbindungen zu lösen, die nicht in der Lage sind, den er sten Resist zu lösen, und die einen niedrigen Löslichkeitspara meter (SP) aufweisen. Wie oben ausgeführt worden ist, ist, da der erste Resist einen moderaten Löslichkeitsparameter (SP) aufweist, die Verwendung eines organischen Lösungsmittels, das einen niedrigen Löslichkeitsparameter (SP) aufweist, wirksam für diesen Zweck. Bevorzugte Beispiele der organischen Lösungs mittel enthalten Chlorbenzol, Benzol, n-Hexan, Cyclohexan und ähnliches.Alternatively, be as a solvent for the second resist preferably organic solvents are used which are able to mix mixtures of base polymers and cross-linkable loosen connections that he is unable to most resist, and a low solubility pair meters (SP). As stated above, there is the first resist a moderate solubility parameter (SP) has the use of an organic solvent, the has a low solubility parameter (SP) for this purpose. Preferred examples of the organic solutions agents contain chlorobenzene, benzene, n-hexane, cyclohexane and the like.

Für den zweiten Resist wird bevorzugterweise wasserlösliches Polyvinylacetal verwendet. Polyvinylacetal ist eine Art von Re sistmaterial, welches durch die Wirkung einer Säure einer Ver netzungsreaktion unterliegt. Es ist nicht notwendig, irgendeine vernetzbare Verbindung dem Polyvinylacetal hinzuzufügen, da sie durch die Wirkung einer Säure mit sich selbst vernetzt. Natür lich kann Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmelamin dem Polyvinylacetal als eine vernetzbar Verbindung hinzugefügt werden. Wo Polyvinylacetal zur Ausbildung des zweiten Resists verwendet wird, findet die Vernetzungsreaktion an den Grenzflä chen mit dem ersten Resistmuster durch Behandlung bei einer ge eigneten Erwärmungstemperatur statt. Dementsprechend ist eine Belichtung für die Erzeugung einer Säure nicht notwendig. In diesem Fall kann, wie oben diskutiert wurde, ein Lösungsmittel für Polyvinylacetal Wasser (reines Wasser) sein.The second resist is preferably water-soluble Polyvinyl acetal used. Polyvinyl acetal is a type of re sist material, which by the action of an acid of a ver wetting reaction is subject. It is not necessary any add crosslinkable compound to the polyvinyl acetal as it cross-linked with itself through the action of an acid. Of course Lich can methoxymethylol urea or methoxymethylol melamine added to the polyvinyl acetal as a crosslinkable compound will. Where polyvinyl acetal to form the second resist is used, the crosslinking reaction takes place at the interface with the first resist pattern by treatment in a ge suitable heating temperature instead. Accordingly, one Exposure is not necessary to generate an acid. In in this case, as discussed above, a solvent can for polyvinyl acetal be water (pure water).

Der zweite Resist kann aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmelamin ge macht sein. Zusätzlich kann eine Mischung aus Methoxymethylol melamin und Polyallylamin ebenfalls für die Ausbildung des zweiten Resists verwendet werden. Die Mischungen weisen Re sistmaterialien und vernetzende Agens auf.The second resist can be a mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylol urea or methoxymethylol melamine be made. In addition, a mixture of methoxymethylol melamine and polyallylamine also for the training of second resists can be used. The mixtures have Re sist materials and cross-linking agents.

Im allgemeinen enthalten die vernetzenden Agens, die in dem zweiten Resist enthalten sein können, Harnstoff- oder Melamin derivate wie Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmela min.Generally, the crosslinking agents contained in the second resist can be included, urea or melamine derivatives such as methoxymethylolurea or methoxymethylolmela min.

Wie aus dem Obigen offensichtlich ist, umfaßt der zweite Re sist, der in der Anwesenheit einer Säure einer Vernetzungsreak tion unterliegt, den Fall, in dem ein Resistmaterial selbst als eine vernetzbare Verbindung oder ein vernetzbares Material dient. Außerdem umfaßt der zweite Resist, der in der Anwesen heit einer Säure einer Vernetzungsreaktion unterliegt, den Fall, in dem eine Verbindung als ein Resistmaterial und eine vernetzbare Verbindung als ein vernetzender Agens gemischt sind.As is evident from the above, the second re includes sist in the presence of an acid of a crosslinking freak tion is subject to the case where a resist material itself as a networkable connection or a networkable material serves. It also includes the second resist that is in the property acid is subject to a crosslinking reaction Case where a compound as a resist material and a crosslinkable compound mixed as a crosslinking agent are.

Falls es notwendig ist, können Acrylpolymere, Polyvinylpyrroli don und Polyvinylalkohol als ein Basispolymer hinzugefügt wer den.If necessary, acrylic polymers, polyvinyl pyrrole don and polyvinyl alcohol as a base polymer the.

Die Ausbildung eines Resistmusters, bei dem der erste Resist vom positiven Typ ist, ist oben beschrieben worden. Bei der er sten Ausführungsform ist der erste Resist nicht auf den positi ven Typ begrenzt. Ein Resist vom negativen Typ kann ebenfalls verwendet werden und liegt innerhalb des Umfanges in der Erfin dung. Der negative Resist, der in der Praxis der Erfindung ver wendet wird, kann aus Mischungen bestehen, die zum Beispiel vernetzbare Verbindungen aufweisen, die Harnstoff- oder Mela minderivate wie Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylol melamin, organische halogenbasierte Säureerzeuger und Basispo lymere wie Polyhydroxystyrol, Novolakharz und ähnliches enthal ten.The formation of a resist pattern in which the first resist is of the positive type has been described above. At which he Most embodiment, the first resist is not on the positive limited type. A negative type resist can also used and is within the scope of the Erfin dung. The negative resist that ver is used, can consist of mixtures, for example have crosslinkable compounds, the urea or mela minor derivatives such as methoxymethylol urea or methoxymethylol melamine, organic halogen-based acid generators and base po polymers such as polyhydroxystyrene, novolak resin and the like ten.

Second embodiment

Die Fig. 3(a) bis 3(e) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Resistmusters entspre chend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1(a), 1(b) und die Fig. 3(a) bis 3(e) werden das Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Resistmusters entsprechend der zweiten Ausführungsform beschrieben. FIGS. 3 (a) to 3 (e) are flow diagrams illustrating a method for producing a finely divided resist pattern accordingly the second embodiment of the present invention. Referring to Figs. 1 (a), 1 (b) and Figs. 3 (a) to 3 (e), the method of forming a finely separated resist pattern and a method of manufacturing a semiconductor device using the resist pattern are shown in FIG described second embodiment.

Wie in Fig. 3(a) gezeigt ist, wird ein erster Photoresist 11, der eine kleine Menge eines säurehaltigen bzw. sauren Materials in sich enthält, auf ein Halbleitersubstrat 3 beschichtet bzw. aufgebracht. Der erste Photoresist 11 wird vorgebacken (durch eine thermische Behandlung bei einer Temperatur von 70 bis 100°C) gefolgt durch eine Belichtung des vorgebackenen Photore sists 11 mit einem g-Strahl oder einem i-Strahl von einer Quecksilberlampe über eine Maske, die ein solches Muster auf weist, wie es in den Fig. 1(a) oder 1(b) gezeigt ist. Fig. 3(b) zeigt ein Muster 11 des ersten Resists, das nach dem Schritt aus Fig. 3(a) ausgebildet ist.As shown in FIG. 3 (a), a first photoresist 11 containing a small amount of an acidic material is coated on a semiconductor substrate 3 . The first photoresist 11 is pre-baked (by a thermal treatment at a temperature of 70 to 100 ° C.) followed by exposure of the pre-baked photoresist 11 with a g-beam or an i-beam from a mercury lamp via a mask that forms a mask Has pattern as shown in Fig. 1 (a) or 1 (b). Fig. 3 (b) shows a pattern 11 of the first resist formed after the step of Fig. 3 (a).

Falls es notwendig ist, kann das Resistmuster thermisch mittels eines Nachbelichtungsbackens (bei einer Temperatur von 100 bis 130°C) behandelt werden, um die Auflösung des Photoresists zu verbessern, gefolgt durch eine Entwicklung mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von ungefähr 2% TMAH (Tetramethylammonium hydroxid).If necessary, the resist pattern can be thermally applied a post exposure bake (at a temperature of 100 to 130 ° C) are treated to dissolve the photoresist improve, followed by development with a diluted aqueous solution of approximately 2% TMAH (tetramethylammonium hydroxide).

Als nächstes kann, falls es notwendig ist, ein Nachentwick lungsbacken ausgeführt werden. Diese thermische Behandlung be einflußt eine nachfolgende Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur eingestellt sein. Diese Schritte sind ähn lich zu demjenigen der Ausbildung eines Resistmusters entspre chend eines bekannten Resistausbildungsverfahrens, ausgenommen daß der Resist, der eine Säure enthält, in der Praxis der vor liegenden Erfindung verwendet wird.Next, if necessary, post-development be carried out. This thermal treatment be influences a subsequent mixing reaction and should on a suitable temperature must be set. These steps are similar Lich corresponds to that of the formation of a resist pattern chend a known resist formation process, except that the resist, which contains an acid, in practice the before lying invention is used.

Nach der Ausbildung des Musters, das in Fig. 3(b) gezeigt ist, wird ein zweiter Resist 12, der eine vernetzbare Verbindung enthält, die zum Vernetzen in der Anwesenheit einer Säure in der Lage und in einem Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists 11 in der Lage ist, gelöst ist, über dem Halb leitersubstrat (Wafer) 3 ausgebildet, wie es in Fig. 3(c) ge zeigt ist.After formation of the pattern shown in Fig. 3 (b), a second resist 12 containing a crosslinkable compound capable of crosslinking in the presence of an acid and in a solvent which is not capable of dissolving the first resists 11 is capable of being released, formed over the semiconductor substrate (wafer) 3 , as shown in FIG. 3 (c).

Es ist wichtig, daß die Lösungsmittel für den zweiten Resist das Muster des ersten Resists nicht lösen. Die Lösungsmittel für den zweiten Resist sind zum Beispiel Wasser (reines Wasser) oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser (reines Wasser) und einem Alkohol wie Isopropylalkohol.It is important that the solvents for the second resist do not solve the pattern of the first resist. The solvents for the second resist are, for example, water (pure water) or a mixed solvent of water (pure water) and an alcohol such as isopropyl alcohol.

Wie bei der ersten Ausführungsform wird wasserlösliches Po lyvinylacetal als der zweite Resist 12 bei dieser Ausführungs form verwendet. Darüber hinaus können eine Mischung aus Po lyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethy lolmelamin ebenso wie eine Mischung aus Methoxymethylolmelamin und Polyallylamin als der zweite Resist verwendet werden. Diese Mischungen bestehen aus Resistmaterialien und vernetzbaren Ver bindungen oder vernetzenden Agens. Im allgemeinen enthalten die im zweiten Resist enthaltenen vernetzenden Agens Melaminderiva te wie Methoxymethylolmelamin.As in the first embodiment, water-soluble polyvinyl acetal is used as the second resist 12 in this embodiment. In addition, a mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylolurea or methoxymethylolmelamine as well as a mixture of methoxymethylolmelamine and polyallylamine can be used as the second resist. These mixtures consist of resist materials and crosslinkable compounds or crosslinking agents. In general, the crosslinking agents contained in the second resist contain melamine derivatives such as methoxymethylolmelamine.

Falls es notwendig ist, können Acrylpolymere, Polyvinylpyrroli don und Polyvinylalkohol des weiteren als ein Basispolymer wie bei der ersten Ausführungsform hinzugefügt werden.If necessary, acrylic polymers, polyvinyl pyrrole don and polyvinyl alcohol further as a base polymer such as be added in the first embodiment.

Nach der Ausbildung des zweiten Resists 12 kann dieser Resist, falls es notwendig ist, vorgebacken werden. Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Mischreaktion und soll te auf eine geeignete Temperatur eingestellt sein.After the formation of the second resist 12 , this resist can, if necessary, be prebaked. This thermal treatment influences a subsequent mixing reaction and should be set to a suitable temperature.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 3(d) gezeigt ist, das Halbleiter substrat 3 thermisch (bei 60 bis 130°C) behandelt, so daß die säurehaltige bzw. saure Substanz, die in kleinen Mengen in dem ersten Resist 11 enthalten ist, diffundiert wird. Dieses verur sacht, daß die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist 12 in der Umgebung der Grenzflächen mit den Abschnitten des ersten Resists 11 auftritt. Dadurch wird eine Vernetzungsschicht 14 in dem zweiten Resist 12 ausgebildet, die den ersten Resist 11 be deckt.Subsequently, as shown in Fig. 3 (d), the semiconductor substrate 3 is thermally treated (at 60 to 130 ° C) so that the acidic substance which is contained in small amounts in the first resist 11 , is diffused. This causes the crosslinking reaction in the second resist 12 to occur in the vicinity of the interfaces with the portions of the first resist 11 . As a result, a crosslinking layer 14 is formed in the second resist 12 , which covers the first resist 11 .

Dann werden, wie in Fig. 3(e) gezeigt ist, die Abschnitte des zweiten Resists 12, die nicht vernetzt sind, durch Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler wie Wasser oder einer Lösung von TMAH entfernt. Derart wird es möglich, ein Resistmuster zu er halten, das einen reduzierten Lochdurchmesser oder eine redu zierte Trennungsbreite aufweist.Then, as shown in Fig. 3 (e), the portions of the second resist 12 that are not cross-linked are removed by development with a liquid developer such as water or a solution of TMAH. In this way, it becomes possible to obtain a resist pattern that has a reduced hole diameter or a reduced separation width.

Wie aus dem Vorhergehenden offensichtlich ist, wird es entspre chend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht, da ein Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des er sten Resists 11 in der Lage ist, zur Ausbildung des zweiten Re sists 12 verwendet wird, daß die Säure, die durch die nachfol gende thermische Behandlung erzeugt wird, leicht in den zweiten Resist diffundiert.As is apparent from the foregoing, according to the second embodiment of the present invention, since a solvent which is unable to dissolve the first resist 11 is used to form the second resist 12 , the acid is used , which is generated by the subsequent thermal treatment, diffuses easily into the second resist.

Der erste Resist 11, der bei der zweiten Ausführungsform ver wendet wird, benötigt keine Belichtung zur Erzeugung einer Säu re, sondern er ist so angeordnet bzw. ausgebildet, daß eine Säure in der Resistschicht 11 enthalten ist. Diese Resist schicht wird thermisch behandelt, um zu verursachen, daß die Säure für die Vernetzung diffundiert. Die Säuren, die in dem ersten Resist enthalten sind, sind bevorzugterweise Karbonsäu ren mit niedrigem Molekulargewicht.The first resist 11 , which is used in the second embodiment, does not require exposure to generate an acid, but rather is arranged or formed such that an acid is contained in the resist layer 11 . This resist layer is thermally treated to cause the acid to diffuse for crosslinking. The acids contained in the first resist are preferably low molecular weight carboxylic acids.

Es sollte bemerkt werden, daß die Materialien für den ersten Resist und für den zweiten Resist, die bezüglich der ersten Ausführungsform definiert wurden, ebenfalls bei der zweiten Ausführungsform verwendet werden können.It should be noted that the materials for the first Resist and for the second resist related to the first Embodiment have been defined, also in the second Embodiment can be used.

Die Ausbildung fein getrennter Zwischenräume oder feiner Löcher in einem Halbleitersubstrat bzw. einer Halbleitervorrichtung durch Ausbildung dieses Typs von fein getrenntem Resistmuster auf verschiedenen Arten von Halbleitersubstraten als eine Maske ist in der Art und Weise möglich, wie sie bei der ersten Aus führungsform beschrieben wurde.The formation of finely separated spaces or fine holes in a semiconductor substrate or a semiconductor device by forming this type of finely separated resist pattern on different types of semiconductor substrates as a mask is possible in the way it did at the first exit was described.

Third embodiment

Die Fig. 4(a) bis 4(g) sind Ablaufdiagramme zur Illustration eines Verfahrens zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmu sters entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1(a), 1(b) und die Fig. 4(a) bis 4(g) werden das Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Resistmusters entsprechend der dritten Ausführungsform beschrieben. FIGS. 4 (a) to 4 (g) are flow charts illustrating a method for forming a finely divided Resistmu sters according to a third embodiment of the present the invention. Referring to Figs. 1 (a), 1 (b) and Figs. 4 (a) to 4 (g), the method of forming a finely separated resist pattern and a method of manufacturing a semiconductor device using the resist pattern are shown in FIG described third embodiment.

Wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, wird ein erster Photoresist 21 auf einem Halbleitersubstrat 3 ausgebildet. Nach einem Vorbacken des ersten Photoresists 21 (durch thermische Behandlung bei 70°C bis 100°C für ungefähr 1 Minute) wird der Photoresist 21 mit einem g-Strahl oder einem i-Strahl von einer Quecksilber lampe über eine Maske, die ein Muster aufweist, wie es in den Fig. 1(a) oder 1(b) gezeigt ist, belichtet. Falls es notwendig ist, wird der Photoresist thermisch durch ein Nachbelichtungs backen (bei 100°C bis 130°C) behandelt, um die Auflösung des selben zu verbessern, gefolgt durch eine Entwicklung mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von ungefähr 2,0 Gewichts% von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). Fig. 4 (b) zeigt das resultieren de Muster 21 des ersten Resists.As shown in FIG. 4 (a), a first photoresist 21 is formed on a semiconductor substrate 3 . After pre-baking the first photoresist 21 (by thermal treatment at 70 ° C to 100 ° C for about 1 minute), the photoresist 21 is g-or i-beamed from a mercury lamp over a mask having a pattern as shown in Figs. 1 (a) or 1 (b). If necessary, the photoresist is thermally treated by post exposure baking (at 100 ° C to 130 ° C) to improve the resolution thereof, followed by development with a dilute aqueous solution of approximately 2.0% by weight TMAH (tetramethylammonium hydroxide). Fig. 4 (b) shows the resulting pattern 21 of the first resist.

Danach kann ein Nachentwicklungsbacken ausgeführt werden, falls es notwendig ist. Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Mischreaktion und sollte bei einer geeigneten Tem peratur bewirkt werden. Diese Schritte sind ähnlich zu denjeni gen für die Ausbildung eines Resistmuster entsprechend eines bekannten Resistausbildungsverfahrens.Afterwards, post-development baking can be performed if it is necessary. This thermal treatment affects one subsequent mixing reaction and should at a suitable tem temperature can be effected. These steps are similar to those conditions for the formation of a resist pattern corresponding to one known resist formation process.

Nach der Ausbildung des Musters, das in Fig. 4(b) gezeigt ist, wird das Halbleitersubstrat (Wafer) 3 mit einer sauren Lösung bzw. säurehaltigen Lösung beaufschlagt, wie es in Fig. 4(c) ge zeigt ist. Diese Beaufschlagung kann durch einen gewöhnlichen Paddleentwicklungsverfahrensablauf bewirkt werden. Alternativ kann die säurehaltige Lösung aufgesprüht werden. Entweder orga nische Säuren oder anorganische Säuren können für die säurehal tige Lösung verwendet werden. Bevorzugterweise wird Essigsäure niedriger Konzentration verwendet. Bei diesem Schritt wird die Säure in die Oberflächen des ersten Resistmuster 21 aufgesaugt bzw. durchnäßt diese, um so eine dünne Schicht auszubilden, die in sich Säure enthält. Danach werden die Oberflächen mit reinem Wasser gespült, wie es in Fig. 4(d) gezeigt ist. After the pattern shown in FIG. 4 (b) is formed, the semiconductor substrate (wafer) 3 is subjected to an acidic solution, as shown in FIG. 4 (c). This loading can be accomplished by an ordinary paddle development process. Alternatively, the acidic solution can be sprayed on. Either organic acids or inorganic acids can be used for the acidic solution. Low concentration acetic acid is preferably used. In this step, the acid is sucked into or soaked into the surfaces of the first resist pattern 21 so as to form a thin layer containing acid therein. Thereafter, the surfaces are rinsed with pure water as shown in Fig. 4 (d).

Danach wird, wie in Fig. 4(e) gezeigt ist, ein zweiter Resist 22, der eine vernetzbare Verbindung enthält, die zum Vernetzen in der Anwesenheit einer Säure in der Lage und in einem Lö sungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists 21 in der Lage ist, gelöst ist, auf dem ersten Resistmuster 21 aufge bracht.Thereafter, as shown in FIG. 4 (e), a second resist 22 containing a crosslinkable compound capable of crosslinking in the presence of an acid and in a solvent which does not dissolve the first resist 21 is able, is solved, brought up on the first resist pattern 21 .

Es ist wichtig, daß die Lösungsmittel für den zweiten Resist das erste Resistmuster nicht lösen. Die Lösungsmittel enthalten zum Beispiel Wasser (pures Wasser) oder ein gemischtes Lösungs mittel aus Wasser (pures Wasser) und einem Alkohol wie Isopro pylalkohol.It is important that the solvents for the second resist do not solve the first resist pattern. The solvents included for example water (pure water) or a mixed solution medium from water (pure water) and an alcohol such as Isopro pyl alcohol.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird Polyvinylace tal als der zweite Resist verwendet. Polyvinylacetal ist ein Resistmaterial, das durch die Wirkung einer Säure einer Vernet zungsreaktion unterliegt. Alternativ kann der zweite Resist aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmelamin oder einer Mischung aus Methoxyme thylolmelamin und Polyallylamin gebildet sein. Diese Mischungen bestehen aus Resistmaterialien und einem vernetzenden Material.As with the previous embodiments, Polyvinylace tal used as the second resist. Polyvinyl acetal is a Resist material, which by the action of an acid of a Vernet reaction is subject. Alternatively, the second resist can be made a mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylol urea or methoxymethylolmelamine or a mixture of methoxyme thylolmelamine and polyallylamine. These blends consist of resist materials and a cross-linking material.

Im allgemeinen können die vernetzenden Agens, die in dem zwei ten Resist enthalten sind, Melaminderivate wie Methoxymethylol melamin sein.In general, the crosslinking agent used in the two ten resist are included, melamine derivatives such as methoxymethylol be melamine.

Falls es notwendig ist, können ferner Acrylpolymere, Polyvinyl pyrrolidon und Polyvinylalkohol als ein Basispolymer hinzuge fügt werden.If necessary, acrylic polymers, polyvinyl can also be used pyrrolidone and polyvinyl alcohol as a base polymer be added.

Nach dem Beschichten des zweiten Resists 22 kann dieser, falls es notwendig ist, vorgebacken werden. Diese thermische Behand lung beeinflußt eine nachfolgende Misch- oder Vernetzungsreak tion und sollte bei einer geeigneten Temperatur bewirkt werden. After coating the second resist 22 , it can be pre-baked if necessary. This thermal treatment affects a subsequent mixing or crosslinking reaction and should be effected at a suitable temperature.

Dann wird, wie in Fig. 4(f) gezeigt ist, das Halbleitersubstrat 3 bei 60 bis 130°C gebacken. Dieses bewirkt, daß in der Umge bung der Grenzflächen zwischen dem zweiten Resist 22 und dem ersten Resist 21 in der Anwesenheit einer Säure aus dem ersten Resist 12 eine Vernetzungsreaktion fortschreitet. Als ein Er gebnis wird eine Vernetzungsschicht 24 in dem zweiten Resist 22 ausgebildet, die jeden Abschnitt des Resists 21 mit sich be deckt.Then, as shown in Fig. 4 (f), the semiconductor substrate 3 is baked at 60 to 130 ° C. This causes a crosslinking reaction to proceed in the vicinity of the interfaces between the second resist 22 and the first resist 21 in the presence of an acid from the first resist 12 . As a result, a crosslink layer 24 is formed in the second resist 22 , which covers each portion of the resist 21 with it.

Als nächstes werden, wie in Fig. 4(g) gezeigt ist, die Ab schnitte des zweiten Resists 22, die nicht vernetzt worden sind, durch Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler wie Was ser oder einer Lösung von TMAH entfernt. Das resultierende Re sistmuster weist einen reduzierten Lochdurchmesser oder eine reduzierte Trennungsbreite auf.Next, as shown in Fig. 4 (g), the portions of the second resist 22 which have not been crosslinked are removed by development with a liquid developer such as water or a solution of TMAH. The resulting resist pattern has a reduced hole diameter or a reduced separation width.

Entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung ist kein Schritt der Erzeugung einer Säure in dem ersten Resist durch Belichtung mit Licht notwendig. Bei dieser Ausführungsform wird der erste Resist vor der Ausbildung der zweiten Resistschicht mit einer säurehaltigen Lösung oberflächenbehandelt. Dann wird er thermisch behandelt, um der Säure zu ermöglichen, zu diffun dieren, wodurch die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist verursacht wird.According to the third embodiment of the invention, there is none Step of generating an acid in the first resist Exposure to light necessary. In this embodiment the first resist before the formation of the second resist layer surface treated with an acidic solution. Then it will be it is thermally treated to allow the acid to diffuse dieren, whereby the crosslinking reaction in the second resist is caused.

Bei der dritten Ausführungsform kann der erste Resist 21 ein positiver Resist, der aus Novolak/Naphthochinondiaziden oder Mischungen von Parahydroxystyrolderivaten und photounterstütz ten Säuregeneratoren wie Oniumsalzen, wie sie bei der ersten Ausführungsform verwendet wurden, ausgebildet sein.In the third embodiment, the first resist 21 may be a positive resist formed from novolak / naphthoquinonediazides or mixtures of parahydroxystyrene derivatives and photo-assisted acid generators such as onium salts as used in the first embodiment.

Andere Materialien für den ersten Resist und den zweiten Re sist, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, können ähnlich bei der dritten Ausführungsform verwendet wer den. Other materials for the first resist and the second re described in the first embodiment can similarly be used in the third embodiment the.

Die Ausbildung fein getrennter Zwischenräume oder feiner Löcher in einem Halbleitersubstrat durch Ausbildung dieses Typs von fein getrenntem Resistmuster auf verschiedenen Typen von Halb leitersubstraten als Maske ist in einer Art und Weise möglich, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.The formation of finely separated spaces or fine holes in a semiconductor substrate by forming this type of finely separated resist pattern on different types of half conductor substrates as a mask is possible in a way as described in the first embodiment.

Wie oben im Detail beschrieben worden ist, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters bereitgestellt, daß es ermög licht, feine Muster wie fein getrennte Muster oder feine Lochmuster auszubilden, die die Wellenlängengrenze überschrei ten bzw. hinsichtlich der Miniaturisierung ihrer Abmessungen unterschreiten. Als ein Ergebnis können Lochmuster eines Re sists, die einen kleineren Durchmesser als bei der herkömmli chen Technik aufweisen, oder Abstandsmuster eines Resists, die eine Trennungsbreite aufweisen, die kleiner als bei der her kömmlichen Technik ist, ausgebildet werden.As has been described in detail above, this becomes corresponding the present invention a method for forming a finely separated resist pattern that made it possible light, fine patterns like finely separated patterns or fine Form hole patterns that exceed the wavelength limit ten or with regard to the miniaturization of their dimensions fall below. As a result, hole patterns of a Re sists with a smaller diameter than the conventional one Chen technique, or spacing pattern of a resist, the have a separation width that is smaller than in the forth conventional technology is to be trained.

Unter Verwendung der derart ausgebildeten fein getrennten Re sistmuster als Maske können fein getrennte Zwischenräume oder feine Löcher in Halbleitersubstraten ausgebildet werden. Dar über hinaus können, wenn ein solches Verfahren verwendet wird, wie es oben beschrieben wurde, Halbleitervorrichtungen erhalten werden, die Zwischenräume oder Löcher aufweisen, die sehr fein voneinander getrennt sind, bzw. sehr kleine Abmessungen aufwei sen.Using the finely separated Re thus formed Sist patterns as a mask can have finely separated spaces or fine holes are formed in semiconductor substrates. Dar moreover, if such a method is used, semiconductor devices as described above that have gaps or holes that are very fine are separated from each other, or very small dimensions sen.

Es ist offensichtlich, daß verschiedene zusätzliche Modifika tionen und Variationen im Licht der obigen Lehren möglich sind.It is obvious that various additional modifications tions and variations in light of the above teachings are possible.

Claims

1. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
Forming a pattern from a first resist ( 1 , 11 , 21 ) capable of generating an acid on a semiconductor device layer ( 3 );
Forming a layer of a second resist ( 2 , 12 , 22 ) capable of crosslinking in the presence of an acid over the first resist;
Forming a crosslinked layer ( 4 , 14 , 24 ) in portions of the second resist that are in contact with the first resist by the action of an acid from the first resist;
Removing non-crosslinked portions of the second resist where a resist pattern is formed; and
Etching the semiconductor device layer ( 3 ) over a mask of the resist pattern.

2. The method according to claim 1, characterized in that the layer of the second resist ( 2 , 12 , 22 ) is formed from a resist which has a crosslinking agent which is capable of a crosslinking reaction in the presence of an acid to succumb.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is formed from a resist which is capable of generating an acid upon exposure to light.

4. The method according to claim 3, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is selectively exposed to light only in a predetermined area thereof.

5. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is formed from a resist which contains an acid in it.

6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is formed from a resist which is surface-treated with an acidic liquid.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is formed from a mixture containing a novolak-based resin and a photosensitive naphthoquinonediazide agent.

8. The method according to claim 7, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) further contains a chloromethyltriazine as an acid generator.

9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is formed from a mixture containing a polyhydroxystyrene derivative and an onium salt, which serves as a photo-assisted acid generator .

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the layer of the second resist ( 2 , 12 , 22 ) is formed from a material which is selected from a group consisting of polyvinyl acetal, a mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylolurea, a mixture of polyvinyl acetal and methoxymethylolmelamine and a mixture of methoxymethylolmelamine and polyallylamine.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a solvent for the second resist ( 2 , 12 , 22 ) from pure water or a mixture of pure water and an alcohol is selected, which are capable to dissolve a base polymer and a crosslinkable compound, and which are unable to dissolve the first resist, and which have such a high solubility parameter (SP), and
that a liquid developer for the second resist ( 2 , 12 , 22 ) is selected from pure water or an alkaline aqueous solution.

12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a solvent for the second resist ( 2 , 12 , 22 ) and a liquid developer for the second resist from an organic solvent which is able to Solve base polymer and the crosslinkable compound, and which is unable to solve the first resist, and which have a low solubility parameter (SP).

13. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first resist ( 1 , 11 , 21 ) is selected from resists of the negative type, which are formed from a mixture of a crosslinkable compound, an acid generator and a base polymer.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the pattern of the first resist ( 1 , 11 , 21 ) and the layer of the second resist ( 2 , 12 , 22 ) to form the cross-linked layer ( 4th , 14 , 24 ) are heated.

15. A semiconductor device manufactured by the method of manufacture position of a semiconductor device according to one of claims 1 to 14 is made.